Что такое пятна на солнце и как влияют на жизнь
Откуда на Солнце пятна и как они влияют на Землю
Солнце представляет собой плотный горячий шар, состоящий в основном из водорода и гелия. Всю эту массу газов удерживает вместе гравитационная сила, благодаря которой в недрах звезды протекает реакция термоядерного синтеза. В результате этой реакции выделяется огромное количество энергии, которое разогревает внешние слои звезды до нескольких тысяч градусов и заставляет их светиться.
Однако время от времени на Солнце формируются темные области в виде пятен. Их температура примерно на 1500 градусов ниже, чем у всей остальной атмосферы звезды. Эти области называются солнечными пятнами и по их поведению можно многое сказать об активности нашей звезды.
Нашей звезде удается поддерживать такие высокие температуры в своей атмосфере благодаря постоянному перемешиванию (конвекции) потоков плазмы — более горячие внутренние слои поднимаются, а охладившиеся внешние — опускаются. Но в некоторых местах сильное магнитное поле мешает этому процессу, в результате чего формируются солнечные пятна, в которых конвекция не происходит.
Количество солнечных пятен связано с так называемым числом Вольфа. Зная количество солнечных пятен, можно рассчитать число Вольфа, которое покажет текущую активность светила. Это возможно благодаря стойкой взаимосвязи между количеством солнечных пятен и фазой цикла активности звезды. Фаза цикла активности Солнца, в свою очередь, влияет на жизнь на Земле.
Так, при увеличении солнечной активности на Земле могут возникать сильные магнитные бури, приводящие к проблемам в телекоммуникационных и энергетических сетях. Кроме того, высокая активность нашей звезды может стать причиной обострения симптомов некоторых заболеваний. Также при активном Солнце люди быстрее утомляются и становятся менее внимательными.
Причуды «желтого карлика»: как вспышки и пятна на Солнце влияют на погоду и здоровье человека?
Единственная солнечная обсерватория в России ведет круглосуточные наблюдения за главной звездой планеты. Научная деятельность обсерватории охватывает почти все приоритетные направления фундаментальных исследований современной астрономии, солнца и ее связи с землей. Больше всего ученых волнуют изменения в короне звезды и вспышки на ней. Как нагревается плазма короны, появляются, а затем исчезают пятна на солнце, ученые пока объяснить не могут. Зато, известно, что эти явления оказывают серьезное влияние на здоровье человека, погоду и в целом изменения климата земли, говорят астрономы.
«Северное сияние, которое жители Москвы и области наблюдали прошлым летом, результат вспышки на Солнце. Явления на Солнце также способны вызывать катастрофы, как это было, например, в 1989 году в Канаде. Из-за мощной вспышки, тогда из строя вышла вся энергосистема страны. Сначала вспышка появляется в виде маленького протуберанца, который затем резко вспыхивает. Последствия вспышек Земля ощутит уже через считанные минуты в виде магнитных бурь», – рассказывает астрофизик Светлана Гусева.
К вспышкам на Солнце особенно чувствительны люди с хроническими и психическими болезнями. В этот момент у них скачет давление, появляются резкие головные боли, коснуться это может и летящих в самолете людей. Некоторые люди чувствуют приближение бури заранее. Это проявляется в виде боли в суставах, повышения давления и общего ухудшения самочувствия. В группе риска находятся, прежде всего, люди, подверженные заболеваниям сердца и сосудов. Электромагнитная волна от вспышки вызывает помехи спутников. Погода на огненной звезде может вывести его из строя и даже «сбить» с орбиты. В пору повышенной активности, «горячий дружок» обеспечит перебои радиосвязи и электросистем, а точность GPS-сигнала может и вовсе сойти на нет. Прогнозы солнечной погоды возможно предсказывать только на короткие сроки от одного до трех дней. Астрофизики говорят, все из-за неравномерной и неустойчивой структуры Солнца.
«Солнце оказалось звездой переменной. На ней существует цикл, это цикл активности. Иногда на Солнце мы видим много пятен, иногда их мало. Солнце является и источником солнечного ветра. Яркое проявление этого солнечного ветра является северное сияние. Но не только они, часто солнечная активность приводит к возмущениям магнитного поля Земли. От активности Солнца во многом зависит космонавтика. Большие вспышки могут сильно навредить здоровью космонавтов. После такой информации они немедленно должны уйти в специальный отсек. Иначе можно получить мощную дозу радиации», – говорит руководитель Кисловодской горной астрономической станции РАН Андрей Тлатов.
Наблюдения последних нескольких столетий показывают, что активность Солнца меняется циклически с периодом в 11 лет. За это время количество пятен на поверхности Солнца постепенно растет, затем падает. Текущий цикл завершится в этом году. Это значит светило выходит из спячки и вероятность возникновения опасных корональных выбросов будет максимально высокой в 2024 году, уже в середине следующего цикла активности звезды, считают ученые. Хотя точно предсказать капризы звезды все же сложно. Как давно существуют подобные циклы и могут ли они меняться в принципе, для астрофизиков во всем мире – пока загадка. Случались и аномально долгие периоды спокойствия на Солнце, например в XVII веке. Тогда минимальное количество вспышек и пятен ассоциировали с похолоданием климата. Рост числа вспышек в нашу эпоху многие теперь связывают с глобальным потеплением. Есть и мнение, что возможно рост активности светила в последующие 10 лет может повысить температуры на Земле и ускорить изменение климата.
«Желтый карлик», такое прозвище придумали астрономы – чтобы эмоционально и даже интуитивно быть готовыми к причудам Cолнца. Обсерватория Cолнца находится на высоте 2000 метров над уровнем моря. Под прицелом девяти мощных телескопов все явления на Cолнце и оболочка Земли.
История горной астрономической станции РАН началась осенью 1948 года. Трофейный коронограф до сих пор работает словно часы. Его вывезли из Германии после войны. По инициативе тогда молодого астронома Мстислава Гневышева телескоп установили под Кисловодском, чтобы вести наблюдения за короной Солнца. Позже поставили еще 8 телескопов, чтобы обеспечить наблюдение за всеми слоями и областями Солнца. Место для строительства обсерватории выбирали вдали от цивилизации, чтобы было меньше пыли в воздухе, и больше солнечных дней в году. Плато под Кисловодском подошло идеально. Даже когда на плато спускается туман, за солнцем продолжают наблюдать с помощью радиотелескопа.
Фото: Дмитрий Демьяненко, МТРК «МИР»
Солнце поворачивается к Земле пятном размером с Марс. Насколько это опасно?
Астрофизики сообщили, что начался 25-й солнечный цикл, что указывает на новый 11-летний период электромагнитной активности на Солнце. В каждом цикле северный и южный магнитные полюса Солнца меняются местами. Астрономы также сообщают об увеличении активности на поверхности Солнца, чего следовало ожидать. Рассказываем, насколько это опасно, как солнечные циклы влияют на Землю и ждать ли роста количества вспышек.
Читайте «Хайтек» в
С чего все началось?
Архив космической погоды сообщил 3 августа, что солнечное пятно AR2770 имеет два темных ядра (каждое размером с Марс) и излучается небольшими солнечными вспышками класса B. Его потенциал для еще более сильных вспышек станет очевиден в ближайшие дни, когда пятно повернется к Земле, более полно раскрывая его магнитную сложность.
Магнитное поле Солнца.
Что известно о пятне AR2770 на Солнце?
Однако в СМИ впоявились сообщения с опасениями по поводу солнечных вспышек — чрезвычайно мощных вспышек излучения Солнца, — которые могут нарушить электромагнитные явления на Земле, включая радиопередачу и переменные токи. Отчеты касаются одного конкретного скопления солнечных пятен, обозначенного AR2770.
Однако, если это пятно, которое может достигать 50 000 километров в диаметре, может дать световой поток, огромное количество энергии, что, в свою очередь, приведет к солнечным вспышкам. Эти извержения могут привести к солнечным вспышкам и штормам.
Но хотя очень мощная вспышка была бы статистически запоздалой, до сих пор AR2770 не проявлял никакой активности, чтобы указать, что именно она может быть причиной такого шторма или бури.
«Буря» здесь относится к геомагнитной буре. Солнце испускает непрерывный поток частиц в космос, называемый солнечным ветром. Заряженные частицы солнечного ветра обладают крошечными собственными магнитными полями. Когда ветер попадает в магнитосферу Земли, которая представляет собой магнитное поле, окружающее Землю, они взаимодействуют таким образом, что форма магнитосферы может претерпевать временные изменения. Магнитосфера также становится более или менее энергичной из-за обмена электромагнитной энергией. Геомагнитная буря — это название этих временных возмущений в магнитосфере.
25-й цикл солнечной активности только начинается, и на Солнце все чаще появляются новые пятна. Однако мы не ожидаем, что в ближайшее время произойдет какая-либо «смертельная» солнечная буря из-за гигантского пятна. Компания CESSI в IISER в Калькутте была создана с целью создания прогнозов космической погоды для страны… и мы не видим никаких шансов на сильную вспышку.
Дибьенду Нанди, солнечный астрофизик из Центра передового опыта в области космических наук Индии (CESSI)
С другой стороны, даже начальное солнечное пятно может иногда вызывать очень сильный шторм.
Что такое солнечное пятно?
Солнечные пятна, темные области на поверхности Солнца, содержат сильные магнитные поля, которые постоянно меняются. Солнечные пятна образуются и исчезают в течение нескольких дней или недель. Они возникают, когда сильные магнитные поля выходят через поверхность Солнца и позволяют области немного охладиться, от фонового значения 6000 ° C до примерно 4200 ° C.
Эта область выглядит как темное пятно на контрасте с очень яркой фотосферой солнца. Вращение этих пятен можно увидеть на солнечной поверхности; им требуется около 27 дней, чтобы совершить полный оборот, если смотреть с Земли.
Пятна на солнце остаются более или менее на своих местах. Вблизи солнечного экватора поверхность вращается с большей скоростью, чем у полюсов Солнца. Группы солнечных пятен, особенно со сложной конфигурацией магнитного поля, часто являются местами солнечных вспышек. За последние 300 лет среднее количество солнечных пятен регулярно увеличивалось и убывало в 11-летнем (в среднем) солнечном цикле или солнечном цикле.
По сравнению с размерами Солнца они небольшие, но, по факту размеры пятна AR2770 достигает Марса.
По мере того как солнечная активность увеличивается в первой половине солнечного цикла, пятна становятся более распространенными, и больше энергии передается солнечным ветрам. Когда на поверхности Солнца находится относительно меньше солнечных пятен, солнечный ветер дует из экваториальной области звезды со скоростью 400 км / с и из полярных областей со скоростью почти 700 км / с.
Когда активность солнечных пятен более выражена, магнитные поля искажаются, и солнечный ветер дует более энергично со всех частей Солнца.
Что такое солнечная вспышка и чем они опасны?
Солнце выпустило мощную вспышку 4 ноября 2003 г. Это событие запечатлел сканер Extreme ultraviolet Imager в линии излучения 195A на борту космического корабля SOHO.
Солнечные вспышки иногда сопровождаются выбросом корональной масcы. Это огромные пузыри излучения и частиц Солнца. Они взрываются в космосе с очень высокой скоростью, когда силовые линии магнитного поля Солнца внезапно реорганизуются.
По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), выбросы CME могут приводить к «колебаниям электрических токов в космосе и возбуждению электронов и протонов, захваченных изменяющимся магнитным полем Земли». Солнечные вспышки, вызванные этими CME, также могут вызывать интенсивный свет в небе, называемый полярными сияниями.
Эти солнечные вспышки часто выбрасываются в космос, и их излучение может нарушить радиосвязь на Земле.
На этой анимации показаны вспышки X2.2 и X9.3, которые испускало Солнце 6 сентября 2017 года. Снимок был сделан Обсерваторией солнечной динамики НАСА и показывает свет с длиной волны 131 ангстрем.
Солнечные пятна: происхождение, развитие и назначение
В этой статье показано, что темные пятна в атмосфере солнца образуются вследствие вихревого кругового движения заряженной плазмы в данном месте. Темные пятна накапливают положительный заряд атмосферы солнца в плоть до критических значений, при достижении которых происходит выброс заряженной плазмы в около солнечное пространство (вспышка). Основной причиной возникновения солнечных пятен – является вихревое движение атмосферы и определенная концентрация избыточного положительного заряда в атмосфере солнца. Одиннадцатилетний цикл накопления и сброса избыточного положительного заряда в атмосфере Солнца причина цикла солнечной активности.
Введение
Со времен открытия солнечных пятен многие ученые мира задумывались над следующими вопросами:
Начнём с того, что удалось выяснить ученым за время наблюдения за Солнечными пятнами?
Солнечные пятна, происхождение, развитие и назначение
Солнечные пятна – темные области на Солнце, температура которых понижена примерно на 1500К по сравнению с окружающими участками фотосферы. Темные пятна образуются в результате нарушений теплообмена плазмы внутри пятна с окружающей атмосферой Солнца понижение температуры в пятне объясняется влиянием магнитного поля. Магнитное поле особенно если оно сильное, тормози движение вещества, происходящие поперек силовых линий. По этому конвективной зоне под пятном ослабляется циркуляция газов, которая переносит из глубины наружу существенную часть энергии. В результате температура пятна оказывается меньше чем в не возмущенной фотосфере [2]. Известно, что Солнечные пятна не возникают в области полюсов и экваторов нашей звезды. Так же известно, что на поверхности фотосферы пятна располагаются чаще всего группами от 2 до 50 и более. Количество пятен изменяется постоянно и, в среднем, с одиннадцатилетней периодичностью их максимумов и минимумов. Продолжительность цикла активности от одного минимума до другого не постоянна и изменяется в диапазоне от 7 до 17 лет. В течение одного цикла меняется количество пятен и их местоположение на различных географических широтах.
За время своего существования размеры пятен постепенно увеличиваются, а в конце «жизни» – уменьшаются до полного исчезновения. Чем крупнее пятно, тем дольше оно «живёт».
Отдельное солнечное пятно появляется из крошечной поры, едва отличающейся от темных промежутков между гранулами. Через день пора развивается в круглое темное пятно с резкой границей, диаметр которой постепенно увеличивается вплоть до размеров нескольких десятков тысяч километров. Это явление сопровождается плавным увеличением напряженности магнитного поля, которое в центре крупных пятен достигает нескольких тысяч эрстед [2].
Известный астрофизик М.А. Лившиц в статье “Солнце” [1] разместил схему напряженности магнитных полей внутри солнечного темного пятна (рис. 1) полученную А.Б. Северным. Полученная схема (рис. 1) совпадает с схемой распределения напряженности магнитных полей круговых токов (см. рис. 2). Можно предположить, что причиной образования магнитных полей темного пятна являются круговые токи, протекающие в атмосфере Солнца. На рисунке 3 изображена примерная схема протекания электрических токов в области темного пятна.
Рис. 1. Магнитное поле солнечного пятна (по А. Б. Северному). Величина и направление вектора напряжённости поля показаны отрезками прямых линий. На периферии пятна силовые линии пола наклонены сильнее, чем в его центре
Рис. 2. Схема распределения магнитных полей кругового тока: B – силовые линии магнитного поля; C – вектора напряженности магнитного поля
Рис. 3. Схема протекания токов в области темного солнечного пятна: а – круговой электрический ток вокруг темного солнечного пятна; б – силовые магнитные линии, образованные круговым током; в – потоки эмиссионных электронов, выходящие из темного пятна вдоль магнитных силовых линий кругового тока
Круговой электрический ток в атмосфере Солнца можно получить в результате вихревого вращения заряженной плазмы атмосферы Солнца. Атмосферные вихри в атмосфере Солнца периодически возникают, так же как и на других газовых планетах, в том числе и Земле. На рисунке 4 и 5 показаны вихри в форме тайфунов на Земле в качестве сравнения и отдельно темное Солнечное пятно.
Рис. 4. Разорив Микронезию несколько дней назад, супертайфун «Майсак» усилился и направляется в сторону Филиппин. На этой неделе циклон, достигший устойчивой скорости ветра 257 км/ч, отнесли к 5 категории. Максимальная устойчивая скорость ветра достигает 240 км/час
Рис. 5. Большое солнечное пятно (фото из Кань-Ю / Ритмы и циклы: мир и человек)
Рассматривая рисунки № 4 и №5, мы видим в них много общего. Тот и другой образованы вихревым движением атмосферы Солнца и Земли. Скорость вихревого движения атмосферы вблизи пятна многократно больше, чем на периферии, чем быстрее вихревое движение заряженной плазмы Солнца, тем больше круговой ток, тем сильнее образованными ими магнитные поля, которые препятствуют теплообмену в данной области. На периферии темного пятна скорость вихревого движения заряженной плазмы значительно меньше, следовательно, слабее круговые токи, слабее образованные ими магнитные поля. Которые не так сильно ослабляют теплообмен плазмы в данном месте с окружающей Солнечной атмосферой. Что объясняет появление полутени вокруг пятна. Солнечное темное пятно, так же, как и Земной тайфун, может перемещаться по поверхности атмосферы. Солнечные темные пятна образуются исключительно в зоне турбулентности Солнечной атмосферы. Наблюдения Витинского подтверждают это: “Группы солнечных пятен появляются не по всему диску Солнца, а только в так называемых “королевских зонах”, расположенных на расстоянии примерно до 400 по обе стороны солнечного экватора” [3] (в зонах турбулентности). Над темным Солнечным пятном возникает столб радиально движущихся электронов, вдоль магнитных силовых линий, образованных магнитным полем кругового тока, которые можно представить, как некий проводник с током. Он образует вокруг себя трубчатое магнитное поле подобно проводнику с током, магнитное поле потока электронов также затрудняет теплообмен области пятна с окружающей поверхностью атмосферы Солнца. Соседние Солнечные пятна, выбрасывая столбы радиально движущихся электронов притягиваются друг к другу подобно проводникам с током, образуя скопление темных пятен (рис. 6). В дальнейшем скопление уплотняется, образуя большое единое пятно эллипсовидной формы (рис. 7). Магнитные поля темного солнечного пятна, не только препятствуют теплообмену плазмы внутри пятна с окружающей атмосферой Солнца, но и удерживают положительно заряженную плазму внутри пятна, не давая положительному заряду равномерно распределиться по поверхности Солнца. С течением времени, в связи с непрерывным выходом потока электронов из области темного пятна, концентрация положительно заряженных ионов плазмы внутри пятна увеличивается. Радиальный поток электронов, покидающих поверхность пятна, увеличивает величину и плотность положительного заряда пятна. Слои положительно заряженных ионов внутри пятна усиливают радиальную скорость потока электронов и его мощность, одновременно увеличивая плотность положительного заряда внутри пятна на поверхности Солнца.
Внутри пятна накапливается положительно заряженная плазма, плотность положительного заряда которой становится намного больше, чем в окружающей поверхности Солнца. И эта плотность постепенно нарастает, достигая критических значений.
Рис. 6. Группа пятен на Солнце, сфотографированная в видимом свете. Снимок сделан космическим аппаратом Hinode 13 декабря 2006 года
Критическая плотность заряда внутри Солнечного пятна позволяет положительно заряженным ионам плазмы преодолеть силы гравитационного притяжения со стороны Солнца и за счет сил отталкивания преодолеть силы Солнечного притяжения и вырваться в околосолнечное пространство (рис. 8). Этот процесс происходит в виде взрыва с большим выделением электромагнитной энергии – обычно этот процесс, происходящий в виде взрыва, с большим выделением электромагнитной энергии называют “Солнечной вспышкой” (рис. 8). Таким образом, темные пятна выбрасывают заряженную плазму в окружающие пространство, уменьшая избыточный положительный заряд атмосферы Солнца. После уменьшения избыточного положительного заряда атмосферы Солнца, темные пятна распадаются из-за отсутствия необходимой концентрации положительного заряда в атмосфере Солнца.
Рис. 7. Пятно на Солнце удалось сделать 24 августа в Калифорнийской обсерватории. Этот снимок сделал Алан Фридман прямо в городке Буфалло, штат Нью-Йорк. Полученные снимки были черно-белыми, изображение получило цвет после специальной ретуши
Рис. 8. На рисунке изображен выброс сгустка положительно заряженной плазмы в околосолнечное пространство
На рисунке 7 изображено развитое Солнечное пятно. Отдельные “волоски”, которые мы наблюдаем вблизи поверхности темного пятна, это струи заряженной плазмы, которая поднимается из более низких слоев вдоль, силовых линий магнитного поля, образованного кольцевыми токами вокруг пятна. Солнце накапливает избыточный положительный заряд в своей атмосфере в результате мощного эмиссионного излучения электронов и отрицательных ионов в околосолнечное пространство (солнечный ветер). В соответствие с законом сохранения электрического заряда, общий отрицательных заряд электронов и отрицательных ионов, покинувших Солнце, равен положительному избыточному заряду, оставшемуся в атмосфере Солнца. Солнечная вспышка уменьшает избыточный положительный заряд атмосферы Солнца, выбрасывая в околосолнечное пространство положительно заряженную плазму. Таким образом, образуется цикл накопления и сброса атмосферой Солнца избыточного положительного заряда. Циклические процессы увеличения и сброса избыточного положительного заряда, Солнечная активность, вспышки на Солнце, тесно связаны между собой и имеют одинаковые циклы. Но главную определяющею роль играет процесс накопления и сброса атмосферой Солнца избыточного положительного заряда. Именно он определяет длительность цикла Солнечной активности.
Одиннадцать лет – это время, в течение которого атмосфера Солнца накапливает и сбрасывает избыточный положительный заряд.
Заключение
Темное пятно в атмосфере Солнца образуется вследствие вихревого, кругового движения заряженной плазмы в данном месте.
Темные пятна могут перемещаться по поверхности Солнца, взаимодействуя друг с другом, сливаться, образовывать скопления.
Темные пятна накапливают избыточный положительный заряд в атмосфере Солнца, вплоть до критических значений, при достижении которых происходит выброс заряженной плазмы в околосолнечное пространство (вспышка).
При уменьшении плотности избыточного заряда в атмосфере Солнца, в результате солнечных вспышек, темное пятно распадается на части и исчезает.
Основной причиной возникновения солнечных пятен является вихревое движение атмосферы и определенная концентрация избыточного положительного заряда в атмосфере Солнца.
Одиннадцатилетний цикл накопления и сброса избыточного положительного заряда атмосфере Солнца причина цикла Солнечной активности.